后注浆钻孔灌注桩在新填土地层的工程实例

江志安

(中国水电基础局有限公司 天津301700)

后注浆钻孔灌注桩在新填土地层的工程实例

江志安

(中国水电基础局有限公司 天津301700)

通过分析后注浆钻孔灌注桩的工艺特点，结合工程实例对该桩型的受力特性、单桩承载力等问题进行了探讨。工程结果表明，后注浆技术可以消除灌注桩的固有缺陷，适用于大范围的回填地层，可大幅度提高单桩承载力，因而扩大了钻孔灌注桩后注浆技术的适用范围，为钻孔灌注桩后注浆技术设计和施工提供了参考依据。

钻孔灌注桩 后注浆 承载力 回填

钻孔灌注桩的承载力来自于桩侧摩阻力和桩端阻力，同时桩侧泥皮和桩端沉渣限制了承载力的充分发挥。国内外许多学者对这个问题进行了深入研究，常采取对钻孔灌注桩桩端和桩侧进行压力注浆，[1，2]即后注浆技术，达到提高桩的承载力并减少桩基沉降的目的。后注浆钻孔灌注桩是一种低噪音、低震动、质量可靠、单位面积承载力高的桩型。近年来，钻孔灌注桩桩端后注浆技术在我国桥梁(如东海大桥、润扬大桥、苏通大桥、杭州湾大桥等[3-6])桩基础中得到了广泛应用，由于其经济效果明显，在高层建筑等其他领域也得到了快速发展。[7-11]灌注桩后注浆技术逐渐渗透到各个地区及各个领域，其工程经验也得到不断积累。

1 工程概况

新填土属于不良地质，由于其自重固结尚未完成，新填土地层的灌注桩在使用过程中要考虑负摩阻力带来的不利影响。后注浆工艺是近些年开始发展的施工方法，其在上覆新填土地层的地质环境中还未得到应用，也没有成功的先例。某项目部分楼盘建筑在河道回填区，回填层最厚达 20,m；基础采用板筏和旋挖灌注桩，成桩后采用注浆法对桩底、桩周接触带及地基进行加固。2012年5月至10月期间共完成后注浆灌注桩 738根。工程区地质情况自上而下分述如下：

①回填层：主要由粘性土、泥岩碎块石等组成，混有块石；块石含量约 15%～45%，粒径约为 20～750,mm，个别粒径超过 1,m，钻探揭露厚度 15.0～20.40,m。

②粉质粘土层：呈可塑状态，干强度中等，韧性中等。钻探揭露厚度 1.20～11.20,m，平均厚度4.91,m；层顶深度 0.00～18.90,m，层底深度 1.60～24.00,m。

③粉土层：湿，稍密，干强度低，韧性差，钻进过程中有塌孔现象；钻探揭露厚度 1.20～6.70,m，平均厚度 3.02,m；层顶深度 2.70～24.00,m，层底深度5.50～26.30,m。

④基岩：泥岩，主要成分为粘土矿物，泥质结构，中厚层状构造；强风化带岩层裂隙发育，岩芯破碎，呈薄饼状，岩质软，厚度 4.10～5.90,m。泥岩之下中风化带岩层裂隙较发育，岩芯较完整，呈短柱、长柱状，岩质较硬。

2 设计要点

2.1 桩端压力注浆加固机理

2.1.1 高压浆液对桩底沉渣的置换、压密和固结作用

泥浆护壁法成孔工艺，由于以泥浆作冲洗介质，不可能将钻渣完全携带至地表；在灌注混凝土前的第二次清渣工序与首灌桩端混凝土工序之间有一定的时间间隙，孔内泥浆中部分沉渣将沉淀于孔底。以上2个因素形成该成孔工艺的固有缺陷之一，即孔底或多或少存在沉渣，在非渗透性风化岩以上地层注浆时，高压水泥浆液进入桩端将桩底疏松的沉渣土体和离析的部分混凝土、残渣进行充分置换、密实和固结，形成强度较高的水泥土复合体，提高了桩端持力层的抗压强度，减少了桩基沉降量。

2.1.2 对桩端持力层的渗透、劈裂、挤密、充填作用

对于粗粒土桩端持力层(中粗砂、卵砾石层等)，主要通过渗透性注浆，使桩底虚土与浆液发生物理化学反应形成高强度的水泥结石体，使持力层的抗扰动能力、变形模量和抗压强度等都得到很大提高；对于细粒土桩端持力层(粘性土、粉土、粉细砂层等)，因土的渗透性较小，主要通过高压浆液的劈裂作用，使持力层已有的微裂隙张开或产生新的裂隙，高压浆液沿着张开的裂隙渗透到地层一定深度，经过脉渗、充填和固结，在原状土体内部产生了网状结石体，类似于土体的加筋作用。

2.1.3 桩端扩大头或树根桩的作用

在水泥浆液的压密作用下，桩端土体受压产生较大的压缩变形，形成水泥土结石体扩大头“梨花体”，增大了桩端受力面积，或者水泥浆渗入地层中网状固结形成了类似“树根桩”的作用，使桩土间界面的几何和力学条件得以改善，从而提高了桩端阻力值。

2.2 桩侧压力注浆加固机理

2.2.1 对桩侧土体的渗透、挤密作用

钻孔过程中孔壁受扰动，特别是进入密实砂、卵石层较深的桩，孔壁附近土中应力释放，出现“松弛”现象，孔径越大，影响就越明显。在压力作用下，浆液渗透到桩周土体中，有一定的挤密、置换作用，增强了土体的应力，增加了桩侧摩阻力。

2.2.2 对桩侧土体的渗透、胶结作用

对于泥浆护壁钻孔灌注桩，由于泥皮的存在，阻碍桩身混凝土与桩周围土体的固结，相当于桩侧涂上一层“润滑剂”，泥皮愈厚，桩侧摩阻力降低愈严重。水泥浆液可以改善泥皮的力学性质，提高侧摩阻力；另外，浆液将桩身混凝土与桩周土体较好地胶结在一起，提高了摩擦系数。

2.3 本项目设计要点

项目特殊之处有两点，一是上覆土较新较厚，最厚的地方达 20,m；二是桩端持力层初定为泥岩，该层岩质软，黏土含量高。

单桩承载力特征值的设计需求为5,000,kN，因为在当地没有经验，需要通过工艺性试验来确定各种参数。试验桩桩径 1.0,m，桩长 30,m，桩端入岩 3.0,m。文献[12]中对注浆管的规定是这样的：“桩端后注浆导管及注浆阀数量宜根据桩径大小设置，对于直径不大于 1,200,mm的桩，宜沿钢筋笼圆周对称设置2根”，“对于桩长超过15,m且承载力要求较高者，宜采用桩端桩侧复式注浆……，每隔6～12,m设置一道桩侧注浆阀，当有粗粒土时，宜将注浆阀设置于粗粒土层下部”。在试验桩模型中，桩顶以下 20,m 范围为新填土，该层土尚未完成固结，在实际应用中将产生负摩阻力，因此桩侧注浆孔应低于该层土的层底，这样能实现使用最少的浆液达到最大的侧摩阻力。在实际应用中，设立一道桩侧灌浆孔，位于桩顶以上8,m处。

表1 试验桩基本情况Tab.1 Overview of testing piles

桩侧设2根注浆管(其中1根备用)，长度为距桩顶 22,m；桩端设 2根注浆管，长度为桩顶至桩底，沿钢筋笼圆周对称设置。4根试验桩基本情况如表 1所示。

试验完成后通过钻孔取芯进行检查，结果表明：桩身完整密实，混凝土与基岩结合紧密。经试验确定的注浆压力为：终止注浆压力桩侧不小于1.5,MPa，桩端不小于 3,MPa；注浆量桩侧 700,kg，桩端 1,500,kg。

3 后注浆主要注意事项

3.1 注浆管单向阀的制作与安装

在注浆管底部设置单向注浆阀。注浆阀花管管径与连接注浆管的套管一致，高度 60,cm，开孔孔径8,mm，沿轴向间距 10～15,cm，梅花型布置，共布置4排，每排 4孔。将管内铁屑清除干净后，在开孔处加图钉，然后用防水胶布、橡皮等严密包裹注浆管，以防止桩身混凝土水泥浆堵塞注浆管。管阀底口采用厚度不小于8,mm的钢板焊接封堵。

3.2 后注浆施工要求

后注浆作业在桩身混凝土灌注完毕2天后开始，最迟在成桩 30天内完成。[12]注浆作业点与成孔、成桩作业点之间的距离不小于 10,m，且该区范围内的混凝土灌注完成时间在 2天以上。注浆顺序为先桩侧注浆，后桩端注浆，桩侧桩端注浆间隔时间不宜少于 2,h；桩端 2根注浆管如一根管注浆已达到设计量，则另一根可不再注浆。群桩注浆先外围后内部。

3.3 开塞

开塞是后注浆施工前通过压水试验检查注浆管的贯通性，并用压力水疏通注浆通道；是后注浆施工必不可少的重要工序，验证管路畅通后方可注浆。压水量一般控制在管路畅通后 0.1～0.25,m3，畅通的标准是压水压力降低、水量均匀注入；开塞压力控制在6～8,MPa。

3.4 水泥浆配制

为使水泥浆液在持续压力作用下既有足够的强度，又能很好地起到劈裂、压实地层的作用，浆液水灰比控制范围为 0.45～0.65。配制水泥浆液时先在搅拌机内加足定量的水，然后边搅拌边加入定量的水泥，搅拌时间不少于 3,min，浆液中不得混有水泥结石、水泥袋等杂物。

3.5 压力注浆

确认注浆管路畅通后即可开始压力注浆。除粉土层外，其他地层正式注浆前采用 2∶1的稀浆初灌。灌浆压力无明显升高，灌入量达到 200,L后即可开始灌注标准浆液；达到以下条件之一时，注浆可结束：①注浆总量及注浆压力均达到设计值；②注浆总量达到设计值的 75%，且注浆压力达到设计值的120%，并维持5,min以上。

4 施工难点及对策

除去后注浆工艺，本工程钻孔灌注桩施工过程中也遇到些难点：①在回填层内钻孔容易漏浆、塌孔，特别是回填层与原始地层交界的部位和大量块石架空的部位；②在泥岩内钻进时出现钻具打滑、吸钻、糊钻等情况，造成工效降低；③孔底沉渣厚度需控制在5,cm范围内，施工技术质量要求较高。

针对施工难点采取的主要措施包括：①使用正电胶改善泥浆的固壁性能；对易塌孔的部位先使用冲击钻机穿透架空层，用冲击钻钻头将地层挤密后再使用旋挖钻机施工。冲击钻机钻孔时回填粘土反复挤压，重复钻进，以确保上部孔壁的稳定。②在泥岩中钻进时，一方面采用高速切削方式钻进；另一方面优化钻齿的长度、角度和布置，减少钻头底刃的接触面积，增加切削能力。经过上述改进后，泥岩中钻进工效显著提高。③采用旋挖钻机初步清底后，再用气举反循环法彻底清孔的工艺可保证沉渣厚度符合设计要求。

5 质量检测

工程完工后通过静载试验、钻孔取芯、低应变测试、声波透射等多种检测手段，对桩体承载力、桩身完整性、沉渣厚度、入岩情况等进行了检测。检测结果表明，桩身完整密实，全部为 I、II类桩(其中 I类桩占 80%以上)，承载力达到设计要求，工程质量优良。

6 结 语

由于灌注桩需要在有泥浆护壁的条件下施工，因此难免桩周、桩底存在一定厚度的泥皮和沉渣，往往给桩基的承载力造成一些难以预料的不利影响，降低了灌注桩的可靠度。采用灌注桩成桩后对桩周和桩底进行注浆加固的方法，有效解决了上述问题，既能保证灌注桩承载能力的充分发挥，又可减少工程量。

实践证明，旋挖和灌注桩后注浆2项先进工艺相结合具有明显的优势；首次在回填架空地层中应用取得了良好的效果，既加快了施工进度，又保证了工程质量，使灌注桩的施工达到了新的水平，为灌注桩施工新技术的进一步推广应用积累了宝贵的经验。考虑到新填土负摩阻力的影响，桩侧注浆孔应低于新填土的底板，这样能增大正摩阻力的影响，达到后注浆的真正目的。泥岩作为持力层，有很强的可灌性，且可使灌注桩的承载力得到提升，为该地质条件下的桩基施工提供了更多的选择依据。

［1］吴礼广，徐登票. 钻孔灌注桩桩底后压浆的工程实践[J]. 中南公路工程，2002，27(2)：64-65.

［2］周东，杨荣才等. 钻孔灌注桩桩底后注浆技术现场试验研究[J]. 广西大学学报(自然科学版)，2004，29(4)：331-335.

［3］毕桂平，苏洪雯，龚维明，等. 泥浆护壁灌注桩桩端后压浆技术在东海大桥工程中的应用[C]. 第十七届全国桥梁学术会议论文集(上册)，北京：人民交通出版社，2006：575-58l.

［4］吴胜东，吉林，阮静. 润扬大桥关键技术研究[J]. 土木工程学报，2007(4)：44-49.

［5］黄生根，龚维明. 苏通大桥一期超长大直径试桩承载特性分析[J]. 岩石力学与工程，2004(19)：3370-3375.

［6］吴春秋，肖大平，吴俊. 灌注桩后压浆技术的工程实践及理论研究[J]. 武汉大学学报：工学版，2008(S1)：122-127.

［7］屈妍. 后注浆钻孔灌注桩的工程实例与探讨[J]. 宁波大学学报(理工版)，2009，22(2)：273-275.

［8］杨广岭. 大直径灌注桩后注浆施工及试验研究[J]. 石家庄铁路职业技术学院学报，2010，9(1)：40-44.

［9］郑爱荣，肖大平，诸葛爱军，等. 桩端桩侧后注浆灌注桩竖向承载性能有限元分析[J]. 中国港湾建设，2011，172：27-31.

［10］郑昌晶，张顺英. 钻孔灌注桩后注浆加固机理及其应用[J]. 探矿工程，2011，38(8)：45-49.

［11］原建博，鹿群，李慧霞. 后注浆提高钻孔灌注桩单桩承载力分析[J]. 河北工程大学学报(自然科学版)，2010，27(4)：18-22.

［12］建筑桩基技术规范[S]. JGJ94-2008.

A Project Case of Post-grouting Bored Pile in New Filling Formation

JIANG Zhi’an
(SINHYDRO Foundation Engineering Co.，Ltd.，Tianjin 301700，China)

Through analysis on characteristics of post-grouting bored pile process，the paper discussed force characteristics of the specific pile and the bearing capacity of a single pile on the basis of an engineering project. The project result indicated that post-grouting technology no only can eliminate the inherent defects of bored pile and be applied to a wide range of back fill course，but also improve the bearing capacity of a single pile，hence expands the application scope of post grouting technology. This study may offer a reference for the design and construction of postgrouting bored pile process.

bored pile；post-grouting；bearing capacity；backfill

U443.15+4

A

1006-8945(2014)08-0058-04

2014-07-06